重庆市模具工业协会专家组 陶永亮

摘要：现代制造业发展离不开模具，也为模具产业提供较大的发展空间，加快模具产业发展对于现代制造产业有着重要促进作用。本文以模具制造为中心，简述了模具定义和模具制造业回顾，介绍我国模具工业发展历程，探讨未来模具制造发展的方向，详细讲解模具发展要素的信息化、数字化、精细化、高速化、自动化、智能化等具体要领，未来模具制造发展对未来制造业将起着重要的作用。

关键词：模具制造 发展方向 信息化 数字化 精细化 高速化 自动化 智能化

模具工业是国民经济的基础工业，是衡量一个国家工业水平的重要标志，是技术转化成果的基础。随着制造业快速发展和技术不断进步，模具作为工业生产中重要的工艺装备，其发展方向也在不断变化。近些年来，我国模具发展迅速，模具工业一直以每年13%左右增长速度快速增长，制造水平有了飞跃式进步，目前模具工业产值排列世界第三位，仅次于日本和美国。面对新技术浪潮，未来我国模具制造应向着信息化、数字化、精细化、高速化、自动化、智能化方向发展。本文就模具发展历程回顾和探讨未来模具发展方向，为模具从业者提供参考和指导。

1.模具定义与模具制造业回顾

1.1模具定义

模具是一种工业产品，由特定的结构和材料制作而成。模具是工业生产上用于注塑、吹塑、挤出、压铸、锻压、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。模具是用来制作成型产品工具，它能按照需求制造规定形状和尺寸的零件。在日常生活中，模具生产产品无处不在，大约80%物件都是由模具加工制作。模具被称为“工业之母”，在机械、电子、汽车、信息、航空航天、轻工、军工、交通、建材、医疗、生物、能源等行业有着广泛应用，具有制件互换性好、模具适应性强、生产效率高、质量好消耗低、经济效益高的特点。

1.2模具制造业回顾

模具发展可分为三个主要阶段：手工制作阶段、机械加工阶段、数控加工阶段。

模具起源可追溯到古代青铜器时代，至今约5000~7000年前。人类开始使用泥范铸造法和石蜡铸造法来铸造大型青铜器，如青铜大立人、师司母戊大方鼎等。这些青铜器制作需要先用蜡、泥、木等材料制作模型，然后用泥土或其他材料覆盖，经过高温烧结，将蜡和木质部分熔化或者燃烧掉，形成空腔（类似熔模），再将熔融青铜液体浇注进去，冷却后打开模具，取出青铜器物，再进行打磨、修饰等工艺。这是模具手工制作阶段，技术传承多为经验丰富的工匠手把手方式传授给学徒，模具技术相对简单，精度和效率很低，满足简单基本生产需要。

机械加工阶段从19世纪开始，随着工业革命推进，机械加工技术和材料科学进步，模具制作开始采用机器和金属加工，提高了模具强度、精度和生产效率，扩大了模具应用范围，广泛应用于汽车、电子、家电、玩具等。这一阶段模具开始出现标准化趋势，为后续发展奠定了基础。

人工智能辅助设计阶段从20世纪下半叶开始，随着计算机技术和自动化技术发展，人工智能辅助设计（AIAD）开始在模具设计中得到应用。模具设计与制造开始采用CAD、CAE和CAM等软件和设备，实现了模具数字化和智能化，提高了模具质量和效率，缩短了模具开发周期，模具种类和结构也不断丰富和复杂化。近年来，AI技术赋能模具设计进行更复杂、更优化设计，提高了设计效率和质量，满足了各种高端产品生产需要。

1.3我国模具工业发展历程

1946年我国首派4人前往美国学习冷冲膜、塑料膜和夹具设计与制造，向美国购买了一批模具加工关键设备以及电机、电器、仪表生产用模具图纸和有关资料。由于当时特殊历史原因，这些设备和资料没有得到很好地应用。1949年中华人民共和国成立以后，上海、天津等工业城市机电工业基本上恢复了正常生产，可以制造一些简单冲压模具和塑料模具，苏联、德国模具书籍开始相继进入我国。

1953年长春第一汽车厂建立了首个冲压模车间，这是中国模具工业发展史上重要里程碑之一，标志着现代模具制造体系建立。该车间用于生产汽车车身冲压件，为批量生产解放牌卡车奠定了基础。随着苏联援华156项重点工程的开展，陆续派人去苏联、德国、捷克等地学习模具设计与制造。1955年开始翻译出版书籍和图册，原一机部在哈尔滨电机厂开办第一期模具设计短训班，有冷冲模设计、塑料模设计、压铸模设计和夹具设计课程，学员有30多人，这是模具人才培养和模具体系建设迈出的重要一步。1962年成立的第一家专业模具厂天津电讯模具厂，标志着我国模具行业迈向专业化。为适应模具生产发展需要，颁布了第一个模具标准冷冲模零件标准和典型结构标准。1963年第一个模具研究室在北京诞生，这是中国模具技术发展重要节点之一。

1984年10月中国模具工业协会成立，填补了模具行业全国性组织空白，联结企业、科研机构与高校，促进产学研融合，通过政策建议、资源整合与国际合作，推动行业从分散发展迈向规范化、专业化升级。随后，中国模协派出两名代表赴瑞士，首次参加与模具有关国际性活动，拉开了中国模具在世界舞台上的序幕。1987年模具首次被列入机电产品目录，当时全国共有模具生产厂家约6000家，总产值约30亿元，已经形成较好行业优势。

1.4我国模具高速发展期

进入21世纪，我国模具制造进入高速发展期。2000—2010年是高速发展启动期，从传统手工绘图转向CAD/CAM软件应用，3D设计工具（如UG、PRO-E）普及，设计效率不断提升。汽车、电子信息产业需求爆发，注塑模具、冲压模具成为主流，应用领域从重工业向多元化延伸。

在高速发展期，民营企业逐步崛起，台资企业技术转移带动本土人才培养，模具设计岗位从稀缺走向专业化。2010—2020年是智能制造与新兴技术渗透期，3D打印、自动化生产线、工业机器人等技术应用，推动模具制造向高精度、高效率、绿色化转型。国家将精密工模具列为战略性新兴产业，通过研发补贴、税收优惠等政策鼓励技术创新。新能源汽车、5G通信等新兴产业的崛起，对高端精密模具需求激增，倒逼行业技术升级。2020年至今是高端化与国际化竞争加剧期，国产模具在航空航天、医疗器械等高端领域实现进口替代，智能化生产（如数字孪生）成为行业标杆，企业通过国际并购、海外设厂拓展市场，出口额持续增长，参与全球高端市场竞争。绿色制造，环保法规趋严，行业推动低碳生产工艺，绿色模具设计成为新竞争点。

2.未来模具制造发展的方向

我国模具制造历经70多年努力，成为国民经济中重要支柱。通过引进发达国家与地区较为成熟的设计制造技术和自主创新相结合方式，模具制造已建立起完整现代模具工业体系，模具工业规模和技术水平取得长足发展。2017年到2024年我国模具行业市场规模由2937亿元增长至3633亿元，伴随着制造业不断发展，国内模具行业规模及综合竞争力进步明显。2024年模具进口额10亿美元，出口额超86.86亿美元，我国模具行业净出口额呈现较为显著增长趋势。未来，模具生产将朝着信息化、数字化、精细化、高速化、自动化、智能化的方向发展。

2.1模具生产朝着信息化方向发展

模具信息化管理通过数字化系统整合生产、资源、质量等环节，解决传统作坊式管理效率低、成本高、质量难控等问题，实现全流程精细化管控。模具信息化管理对于提高模具企业生产率、降低成本、提高品质、增强竞争力和促进可持续发展具有重要意义。

模具生产信息化需通过四阶段实施（需求分析→系统集成→培训试运行→正式运行），核心措施包括系统选型、数据整合、员工培训及持续优化，以提升效率、降低成本。

需求分析是对模具厂生产流程、管理系统、技术设备等进行全面评估，识别存在问题和瓶颈，收集员工对信息化的需求和建议等。明确信息化总体目标和阶段性目标，制定信息化实施计划，包括时间表、预算和资源分配；选择市场上适合模具厂信息化解决方案，如ERP（企业资源计划）、MES（制造执行系统）、PLM（产品生命周期管理）等，结合自身需求和预算，选择合适的信息化系统和软件供应商。

系统集成是按照实施计划，进行系统安装、配置和调试工作。将信息化系统与现有生产设备、管理系统等进行集成，确保数据共享和业务协同。同步将历史数据迁移到新的信息化系统中，并进行数据清洗和校验工作，设置系统初始参数和用户权限，为正式运行做好准备。

培训试运行是组织员工进行信息化系统操作培训，提高员工使用技能和业务水平。针对不同岗位员工制定个性化培训计划，确保能够熟练掌握系统各项功能。在正式运行前，先试运行观察系统稳定性和可靠性。收集意见，对系统进行必要调整和优化，确保其符合实际需求。

正式运行是经过试运行和优化后，将信息化系统投入正式运行，替代原有手工或低效管理方式。

建立系统日常运维机制，确保系统稳定运行和数据安全。监控系统运行，及时发现并解决潜在问题和风险。根据需求对信息化系统持续升级和优化，保持其竞争力和适应性。对信息化实施效果评估，对比实施前后生产效率、成本节约等指标来量化效果，不断完善信息化体系，推动模具企业持续发展。

2.2模具生产朝着数字化方向发展

模具行业作为制造业核心环节，正面临客户需求升级、技术迭代加速和竞争格局重构的多重挑战。数字化转型成为提升效率、降低成本、增强市场响应能力关键路径。具体有工艺管理、生产过程管理、排程优化、引进先进管理和技术软件等。

工艺管理：包括工艺技术文件、工艺数据和工件加工工序管理。专业模具数字化转型方案能够将生产工艺、加工工序、生产标准等信息结合企业需求进行联网标准化统筹管理，并以此为基础提高企业质量管控水平，促进工艺研发进程。

生产过程管理：对于模具行业来说，车间作业主要指模具工件加工。Galileo（盖勒普）模具生产数字化管理解决方案针对车间生产通过多种先进技术，对整个生产过程进行实时监控、记录、分析及数据可追溯。车间管理人员可以随时查询到每一件模具每一道工序加工状态。

排程优化：传统模具车间生产是由工长直接调度安排模具零件加工生产，操作者加工完一件就再安排下一件，根本无法考虑企业整体生产资源和负荷状况。盖勒普模具生产数字化管理解决方案使企业能够灵活处理生产中出现的紧急插单、设备故障、返工返修等特殊情况，从而提高生产过程连贯性和可控性。

引进先进管理和技术软件：ERP（Enterprise Resource Planning企业资源计划）系统是企业数字化生产核心技术。ERP系统可以实现对生产过程、销售、采购、物流等业务实时监控和管理，通过数据分析和挖掘，帮助企业制定更科学生产计划和管理策略。CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造）技术实现模具加工数字化设计和数字化制造，可减少生产过程中人为因素，提高产品设计精度和加工效率，还可以实现数字化工艺设计，并提供制造计划和资源分配方案。PLM（Product Lifecycle Management）系统可以帮助企业实现模具加工过程全生命周期管理，包括产品设计、生产制造、维修保养等。数字化转型是一个渐进过程，企业应根据自身实际情况逐步推进。

2.3模具生产朝着精细化方向发展

模具精细化是一种通过科学化和系统化管理方法，对模具全生命周期进行管理，包括设计、制造、使用、维护和报废等环节。精细化管理目标是提高模具生产效率、减少故障、延长使用寿命，从而提升整体制造质量。

模具精细化实际上是工作环节中的细节管理。从模具设计、加工、装配、调试，到最后能投入到生产中的使用、维护与报废等环节，都需要精心策划、精心实施。模具设计采用数字化设计，优化模具结构，确保适配性和加工可行性，以提高模具设计精度，减少后期修改；模具加工严格控制加工工艺，采用高精度设备，注重表面处理，以确保模具尺寸精度和表面光洁度；模具装配注重模具部件匹配度，避免装配误差，以提高模具整体稳定性。合理安排模具使用频率，加强监控，避免超负荷运行，以延长模具使用寿命。定期保养维护模具，特别是成型部位或运动部位的整洁与防护，以降低故障率，提高模具可靠性。报废模具档案建立与寿命评估机制，合理安排模具更换，以避免因模具老化（损坏）影响产品质量。

在模具制造过程中，精细化管理还包括模具钢材选择、加工工艺完善、模具装配严谨性以及后期维护规范性。在模具钢材选择时，应根据产品特性选择耐热性好、性能稳定材料，以确保模具耐用性。

2.4模具生产朝着高速化方向发展

模具生产高速化通过技术升级（自动化/数字化）、工艺优化（集成加工/标准化）及设备革新，实现效率提升与周期缩短，核心措施包括自动化加工单元、数字化管理及工艺集成。市场竞争加剧和产品更新缩短，模具加工周期从原30～40天压缩到15～20天甚至更短。传统模具加工依赖人工分散加工模式（单独CNC、EDM设备），效率低、质量不稳定，亟需推动行业向自动化集成、数字化管理转型。

1.自动化加工单元集成：OPS-INGERSOLL（德国欧吉索机床有限公司）模具中心集成电火花成形机、CNC高速加工中心、料库及机器人，采用可识别芯片托盘/电极夹头，机器人精准识别工件，实现一次装夹完成多工艺加工，减少人工干预。通过任务管理系统协调24小时连续运作。

2.数字化与标准化流程：设计制造一体化，从CAD/CAM建模到加工程式生成、设备控制全流程数字化到中央系统统筹机床、刀具、工件调度。标准化夹具与模块化，普及标准化夹具，推动模具型心、电极加工标准化，缩短装夹与换型时间。

3.工艺优化与效率提升：高速铣削替代传统加工，高速铣削减少电火花加工依赖，避免表面损伤和后续手工研磨，提升加工精度与速度。高速铣削和电火花加工相结合，体现了模具加工工艺朝着高效低成本发展趋势。

通过以上操作，实现模具高速化生产从30～40天加工周期降至15～20天，缩短50%；模具设备单台独立运行，利用率低，实现24小时连续运作，设备使用率提高，设备利用率提升超60%；从多工序人工装夹、搬运到机器人自动上下料，仅需装卸料工位操作，减少80%人工干预；从依赖技工经验，波动大，实现一次装夹加工，精度误差＜0.01mm，零件合格率提升至98%以上。

2.5模具生产朝着自动化方向发展

模具生产自动化发展涵盖技术应用、流程优化、市场拓展等多维度内容，核心措施包括智能化技术融合、生产线升级及政策响应等。自动化模具制造已成为主流生产方式，传统手工制造正被自动化设备取代，生产周期大幅缩短，企业竞争力显著提升。其核心驱动力包括工业自动化发展、技术进步及市场需求增长，广泛应用于汽车、电子、航空航天等高端制造领域。

模具自动化是引入AI算法优化模具设计流程，结合机器视觉实现生产全流程质量检测。搭建物联网平台，大数据、人工智能融合，达到智能化控制、精准检测，实时监控设备状态与生产数据，提升故障预警能力。促进智能化技术落地；采用自动化加工设备（如CNC机床、机器人）替代人工操作，减少人为误差。通过数字化孪生技术模拟生产流程，提前优化布局缩短调试周期，定制化、高端化生产缩短制造周期，实行柔性生产线、数字化设计生产模式，达到生产线升级与优化，满足汽车、电子等行业对高精度、大型复杂模具需求，应用高效成型技术，拓展更大市场竞争；绿色环保生产，降低能耗与成本，加大新材料应用、实行节能工艺，使企业得到可持续性发展，响应制造业智能化升级政策，争取技术研发补贴与税收优惠。培养跨领域人才团队，覆盖机械设计、软件开发与数据分析能力。总之，自动化模具制造将向智能化（AI深度参与决策）、数字化（全流程数据驱动）、绿色化（环保材料与工艺普及）推进，同时需应对技术更新快、人才短缺等挑战。

2.6模具生产朝着智能化方向发展

随着制造业升级和个性化需求增长，传统模具生产模式面临效率低、成本高、质量波动等问题。模具生产智能化成为解决上述痛点的关键，模具生产智能化是制造业转型升级的核心驱动力，通过提升效率、降低成本、优化质量等多维度价值，推动行业向高效化、柔性化和数字化转型。模具生产智能化发展核心内容：

1.技术集成与智能化装备升级。通过整合传感技术、智能控制、数据采集与分析等手段，实现模具设计、加工、监测全流程的智能化升级。实时监测与自适应调整，集成传感器（温度、压力、位移等）与边缘计算模块，实现成型过程的动态监控与参数优化，冲压模具通过微米级偏差识别触发补偿机制，确保加工精度。注塑模具通过温度/压力智能调节系统，应用传感器+AI算法实时监控模具温度和压力，使得产品精度提升至±0.001mm。数字孪生技术应用构建三维产线映射模型，支持远程运维与多车间设备状态同步监控，异常事件自动触发工单响应。据悉，智能化热流道注塑模具占比目标从2023年20%提升至中长期60%，推动高效精密模具占比突破50%。传感器、数字孪生与自动化装备构成智能化基础，实现实时监控与自适应生产。

2.设计与生产流程数字化转型。以数字化工具重构模具设计、制造与管理流程，提升柔性化与定制化能力。生产柔性化，数字化设计+3D打印快速成型应用汽车零部件定制模具能48小时交付，小批量订单响应速度提升60%。模块化与参数化设计，采用CAD/CAM/CAE/PDM一体化系统，通过模块化组件快速适配不同产品需求，缩短换产周期20%～30%。

3.智能化生产线构建，推动“设计－加工－检测”全流程自动化，生产周期缩短20%～30%。定制化生产响应，通过数字化流程快速切换多规格产品生产，满足个性化市场需求，端子压接模具通过自动化技术实现复杂产品的高效加工。模块化设计与CAD/CAM一体化缩短周期，定制化响应能力提升市场竞争力。

4.绿色制造与可持续发展。随着全球对环保的重视，智能化模具行业也需要关注绿色环保和可持续发展。通过使用环保材料和技术减少生产过程中的污染，实现资源的循环利用，是未来发展的重要方向。在模具全生命周期中融入环保材料（生物基材料）、节能技术与资源循环理念，降低生产对环境的影响。环保材料与工艺优化，选用低能耗材料，减少生产过程中的污染排放，推动模具制造与使用阶段的能源消耗降低。资源循环利用，通过模块化设计提高模具组件复用率，减少废料产生，热流道系统减少废料30%，生产耗能降低25%。环保材料与资源循环是长期趋势，需融入模具全生命周期管理。

5.智能化管理与产业协同。依托数据化管理与产学研协同，提升行业整体技术水平与产业化能力。产学研用结合推动智能化模具产业化。通过SPC系统（统计过程控制）设置多个质量锚点，自动生成过程能力指数报告，冻结超公差事件并启动根源分析。产学研用一体化，以骨干企业为依托，推进智能化模具产业化工程，目标服务战略性新兴产业需求。信息化管理普及，推动模具制造精细化与稳定性提升。SPC系统与质量锚点设置确保产品一致性，降低次品率。

模具智能化通过“技术升级－效率提升－成本优化－质量保障”闭环，推动制造业向柔性化、低碳化转型，是实现智能制造的关键基础设施。

3.结束语

我国模具制造历经70多年努力，已形成全球规模第一产业的基础，2024年市场规模达4995.91亿元，但高端模具仍依赖进口。未来模具制造将向信息化、数字化、精细化、高速化、自动化、智能化方向发展。伴随政策、新能源产业和汽车工业为核心驱动力，用智能化统领制造，走产业集群化发展道路，促进模具工业均衡发展，满足国民经济发展需要，保持较高的技术含量，培养更好更多更优秀模具人才，提高模具设计和制造水平，全面推动我国模具行业高质量发展，成为全球产业链的核心力量。